JP4147985B2

JP4147985B2 - Semiconductor mounting apparatus and semiconductor mounting method

Info

Publication number: JP4147985B2
Application number: JP2003070002A
Authority: JP
Inventors: 浩之清村; 法人塚原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004281650A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷配線基板上に半導体集積回路素子（以下、ＩＣチップとよぶ）を装着する際に正確な位置決めができる半導体装着装置に関し、特にＩＣチップをフェースアップ方式で装着する装置およびその装着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、印刷配線基板上にＩＣチップや各種の電子部品を装着する実装技術が多く用いられている。この中で特にＩＣチップは端子数も多く、端子間隔が狭いので、高い精度で装着する必要がある。特に、最近フリップチップ実装方式が多く用いられるようになり、印刷配線基板上の端子電極とＩＣチップの端子とを精度よく位置合わせして実装するための高精度な半導体装着装置が要求されている。
【０００３】
さらに、小型、高機能の電子回路を作製するために、印刷配線基板中にＩＣチップを素子形成面が露出するようにして埋め込み、ＩＣチップと印刷配線基板との隙間部分に樹脂を充填して平坦化した後に、ＩＣチップの端子部を含めて印刷配線基板上に配線を形成する試みが行われている。このような方法を実現するためにも、フェースアップ方式で高精度の装着が可能な半導体装着装置が必要とされている。
【０００４】
図７は、従来のフェースアップ方式の半導体装着装置の要部構成を示す斜視図である。図７において、ヘッド移動ロボット１は軸３の方向に直線的に自在に移動する。ヘッド移動ロボット１にはボンディングヘッド５が取り付けられ、このボンディングヘッド５に対して上下方向に移動自在な軸７の先端に吸着ノズル９が取り付けられていて、ＩＣチップ１１を吸着するようになっている。
【０００５】
ヘッド移動ロボット１には、さらに基板２５のマークを認識する基板認識光学系１３が取り付けられている。また半導体装着装置にはＩＣチップ１１の外形を下方から認識するためのＩＣチップ認識光学系３３が取り付けられている。ＩＣチップ１１を載置するチップトレイＸ−Ｙロボット１７は、軸１９、２１によりチップトレイ２３をＸ−Ｙ方向に自在に搬送する。
【０００６】
基板２５を載置するステージ２７は、ステージ移動ロボット２９上に固定されており、このステージ移動ロボット２９は軸３１方向に自在に移動する。
【０００７】
ここで、図７と、この従来の構成における装置工程の動作の流れを示す図である図８とを参照しながら動作を説明する。
【０００８】
ＩＣのハンドリング工程について最初に説明する。
【０００９】
ステップ４０の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７を軸１９、２１に対してＸ−Ｙ方向に移動させ、チップトレイ２３上の吸着すべきＩＣチップ１１をノズル吸着位置に移動させる。同時にヘッド移動ロボット１を軸３に対してＹ方向に移動させ、ボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして吸着ノズル９によりＩＣチップ１１を吸着する。
【００１０】
ステップ４１の「認識位置へＩＣチップ搬送」では、ヘッド移動ロボット１を軸３に対して−Ｙ方向に移動させてＩＣチップ１１をＩＣチップ認識光学系３３の直上の認識位置へ搬送する。
【００１１】
ステップ４２の「ＩＣチップ外形認識」では、ＩＣチップ認識光学系３３によりＩＣチップ１１の外形を撮像し認識する。
【００１２】
ステップ４３の「補正量計算」では、ＩＣチップ認識光学系３３による認識結果により吸着ノズル９に吸着されたＩＣチップ１１の位置補正量を計算する。
【００１３】
ステップ４４の「ボンディング位置へ移動」では、前段で計算された補正量を保留して基板２５のハンドリング工程に移る。
【００１４】
つぎに、基板２５のハンドリングの工程について説明する。
【００１５】
ステップ４５の「ステージに基板吸着」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を図示しない基板吸着位置まで移動させて、その位置で基板２５を吸着する。
【００１６】
ステップ４６の「認識位置へ基板搬送」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を基板認識光学系１３の直下へ移動する。
【００１７】
ついで、ステップ４７の「基板マーク認識」では、ステップ４２の「ＩＣチップ外形認識」と同期する必要があり、この構成ではＩＣチップ１１の撮像と認識、および基板２５の撮像と認識がほぼ同時に行われる。
【００１８】
ステップ４８の「補正量計算」では、前段の認識の結果によりボンディング位置での基板２５の位置補正量を計算する。
【００１９】
ステップ４９の「ボンディング位置へ移動」では、ステップ４４の「ボンディング位置へ移動」と同時に作動させて、ステップ４３とステップ４８とで計算した補正量を総合してステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させる。
【００２０】
この後、ステップ５０の「ＩＣチップボンディング」で吸着ノズル９を押下することで、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置に実装することができる。
【００２１】
このようにＩＣチップ１１の回路形成面が印刷配線基板上において表面に出るように装着するフェースアップボンディング方式については、上記の一般的な例の他にもいろいろな方式がある（例えば、特許文献１）。
【００２２】
しかしながら、上記の一般的な例と特許文献１で示すような例においては、基板上にＩＣチップを配置するときの位置決め基準としては、ＩＣチップの外形を基準にしている。このため、外形に対してＩＣチップの端子位置がばらつく場合、ばらつきの分だけ誤差が増大するという課題がある。これは、ＩＣチップの外形はダイシングによりばらつきが生じるため、外形を基準とした場合ＩＣチップの端子位置は必ずしも一定とならないことによる。
【００２３】
この課題に対処するための方法も示されている（例えば、特許文献２）。この方法とは、ボンディングツールであるノズルの下方先端部にプリズムがはめ込まれており、プリズムの下面に吸着されたＩＣチップの上面の画像がプリズムで２回反射された後、プリズム下方の上向きの認識カメラで認識され、この画像の演算処理によってＩＣチップの位置補正を行う方法である。
【００２４】
【特許文献１】
特許第２９５６２７８号公報（１頁−２頁、図１−図３）
【特許文献２】
特開平９−６９５４０号公報（段落番号［０００６］−［００１０］、図１、図２）
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の方法においては、プリズム面の汚れやプリズムの損傷等が生じやすく、細心の注意で保守する必要がある。
【００２６】
本発明はこのような従来の問題点を解決すべく、ノズルに特殊な構造のものを用いることなく、ＩＣチップの下面から、素子形成面に形成された端子あるいは認識マークの位置を認識し、精度の高い位置決めができる半導体装着装置およびその装着方法を提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため本発明の半導体装着装置は、ＩＣチップの素子形成面を吸着する吸着手段と、ＩＣチップの素子形成面の第１の認識マークを素子形成面の反対の面側に配置した撮像装置により撮像する第１の撮像手段と、ＩＣチップを装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを撮像する第２の撮像手段と、第１の撮像手段により撮像した第１の認識マークを画像処理して得られる第１の位置情報と第２の撮像手段により撮像した基板の第２の認識マークを画像処理して得られる第２の位置情報とを比較し、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を算出する演算手段と、この演算手段からの出力に基づいて吸着手段および基板の少なくとも一方を移動させてＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、基板上にＩＣチップを配置する位置合わせ手段とを有する構成からなる。
【００２８】
さらに、本発明の半導体装着装置は、吸着手段の吸着面を赤外線が反射する部材とし、第１の撮像手段側に配置した赤外線を照射する赤外線照射手段をさらに有し、赤外線照射手段から赤外線を照射し、吸着面で反射した赤外線により第１の撮像手段で第１の認識マークを撮像する構成とすることもできる。
【００３０】
また、本発明の半導体装着装置は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とが一体に形成された構成とすることもできる。
【００３１】
また、本発明の半導体装着装置は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とで第１の認識マークと第２の認識マークとをそれぞれ撮像し、認識して、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせした後に、第１の撮像手段と第２の撮像手段とを退避させてから、基板上にＩＣチップを配置することができる。
【００３２】
このような構成とすることにより、ＩＣチップの素子形成面に設けられているパターンマークを素子形成面の反対側から正確に認識できる。この結果、高精度で基板にＩＣチップを装着できる。また、ＩＣチップと基板とを装着する位置で対向させた状態で、それぞれのパターンマークを撮像し、認識を行う構成とすることもできるので、より高精度なＩＣチップの装着が可能な半導体装着装置を実現でき、種々の電子回路を高密度に製造することが可能となる。
【００３３】
さらに、本発明の半導体装着方法は、ＩＣチップの素子形成面を吸着手段により吸着する工程と、ＩＣチップの素子形成面の第１の認識マークを素子形成面の反対の面側に配置した第１の撮像手段により撮像する工程と、ＩＣチップを装着する基板の装着領域部の第２の認識マークを第２の撮像手段により撮像する工程と、第１の撮像手段により撮像した第１の認識マークを画像処理して第１の位置情報を得る工程と、第２の撮像手段により撮像した基板の第２の認識マークを画像処理して第２の位置情報を得る工程と、第１の位置情報と第２の位置情報とを比較し、ＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を演算手段により算出する工程と、演算手段からの出力に基づいて吸着手段および基板の少なくとも一方を移動させてＩＣチップと基板の配線パターン位置との相対ずれ量を補正して位置合わせし、基板上にＩＣチップを配置する工程とを有する。
【００３４】
さらに、本発明の半導体装着方法は、吸着手段の吸着面を赤外線が反射する部材とし、第１の撮像手段側に配置した赤外線を照射する赤外線照射手段をさらに有し、第１の認識マークを撮像する工程が赤外線照射手段から赤外線を照射し、吸着面で反射した赤外線により第１の撮像手段で第１の認識マークを撮像する方法とすることもできる。
【００３６】
さらに、本発明の半導体装着方法は、第１の撮像手段と第２の撮像手段とは、第１の認識マークと第２の認識マークとをそれぞれ撮像した後、ＩＣチップを基板上に配置する前に基板上から退避させる方法とすることもできる。
【００３７】
このような装着方法とすることにより、ＩＣチップの素子形成面に設けられているパターンマークを素子形成面の反対側から正確に認識できるので、高精度で基板にＩＣチップを装着できる。また、ＩＣチップと基板とを装着する位置において対向させた状態で、それぞれのパターンマークを撮像し、認識を行う構成とすれば、より高精度なＩＣチップの装着が可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装着装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図、図２は同じく赤外線透過認識光学系の断面図、図３は同じく基板およびＩＣチップの位置認識用の認識マーク形状の一例を示す図、図４は同じく装着工程の動作を説明するための図である。
【００４０】
本実施の形態の半導体装着装置は、図７に示した従来の半導体装着装置のＩＣチップ認識光学系３３にかわり赤外線透過認識光学系１５を設けていること、および吸着ノズル９ａのＩＣチップ吸着面が赤外線を反射する素材である面であること、または、赤外線を反射する加工が施されていることに従来と大きな差異がある。その他のヘッド移動ロボット１、ボンディングヘッド５、基板認識光学系１３、チップトレイＸ−Ｙロボット１７、チップトレイ２３、基板２５を載置するステージ２７、ステージ移動ロボット２９およびそれらの周辺の構成は従来の装置と同様であり、同じ要素には同じ符号を付けている。なお、基板認識光学系１３は、基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像する第２の撮像手段と、それにより撮像された電子データを図示しない制御部に送る機能を有する。制御部は送られてきた基板マーク２５ａのデータに基づき、基板マーク２５ａの形状や位置情報を認識する。
【００４１】
図２において、赤外線透過認識光学系１５は、赤外線照射手段と第１の撮像手段とで構成されている。赤外線照射手段は、赤外線照明ランプ５１、この赤外線照明ランプ５１から照射された赤外光を集光する集光レンズ５３、集光レンズ５３で集光された赤外光を導く光ファイバ５５、赤外光を反射するハーフミラー５７、ハーフミラー５７で反射した赤外光を集光するレンズ５９、このレンズ５９から出た赤外光を反射する反射ミラー６１、およびＩＣチップ１１の吸着面が赤外光を反射するように形成されている吸着ノズル９ａから構成されている。
【００４２】
また、第１の撮像手段は、吸着ノズル９ａで反射した赤外光を、反射ミラー６１、レンズ５９、ハーフミラー５７、撮像するための焦点を合わせるレンズ６３、ＩＣチップ１１の素子形成面に形成された第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像する撮像デバイス６５から構成され、ＩＣパターンマーク６９をこの撮像デバイス６５で撮像するように構成されている。この赤外線透過認識光学系１５で撮像されたＩＣパターンマーク６９は電子データとして、図示しない制御部に送られて形状や位置情報の認識を行う。なお、図２には、撮像デバイス６５のアクティブ面に結像したＩＣパターンマーク６９を模式的に示している。さらに、撮像デバイス６５の前方に赤外線通過フィルタを設けて、不要な外光を避けるようにしてもよい。また、ＩＣチップ１１の素子形成面を吸着する吸着手段である吸着ノズル９ａの表面は赤外線を反射する素材であるか、または赤外線を反射する加工がなされており、好ましくは鏡面に加工された部材から構成されており、入射してきた赤外光を効率よく反射するようになっている。
【００４３】
図３は、第１の認識マークと第２の認識マークとの一例を示す図である。図３（ａ）は、基板認識光学系１３によって撮像して基板２５の位置を認識するための第２の認識マークである基板マーク２５ａの一例であり、基板２５に形成される配線のパターンとともに同時に形成される。例えば、基板２５の配線形成面の対角に少なくとも２箇所設ければよい。図３（ｂ）、図３（ｃ）は第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９の一例であり、ＩＣチップ１１の素子形成面に素子形成時の加工と同時に形成され、例えば素子形成面の少なくとも２箇所に設ければよい。このＩＣパターンマーク６９を、赤外線透過認識光学系１５によって撮像し位置認識する。
【００４４】
このように構成された半導体装着装置について、図４を用いてその装着工程の動作を説明する。
【００４５】
ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」とステップ７７の「基板マーク認識」とは、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方の静止状態でほぼ同時に行われる。
【００４６】
また、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」と、ステップ７９の「ボンディング位置へ移動」とも同時に行われ、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方の静止状態で、ステップ８０の「ＩＣチップボンディング」が行われる。
【００４７】
上記の動作条件において、まずＩＣチップ１１のハンドリングの工程について説明する。なお、図１に示すＸ、Ｙ、Ｚ軸については、それぞれ矢印方向を＋として説明する。
【００４８】
ステップ７０の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７をそれぞれの軸１９、２１によりＸ方向およびＹ方向に移動させて、チップトレイ２３上にある吸着すべきＩＣチップ１１を所定のノズル吸着位置に移動させる。同時に、ヘッド移動ロボット１を軸３に対してＹ方向に移動させ、ボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして、軸７の先端に取り付けられている吸着ノズル９ａによりＩＣチップ１１を吸着する。
【００４９】
ステップ７１の「認識位置へＩＣチップ搬送」では、ヘッド移動ロボット１を軸３に対して−Ｙ方向に移動させてＩＣチップ１１を赤外線透過認識光学系１５の直上の認識位置へ搬送する。この移動経路を図１では、矢印線として示している。
【００５０】
ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」では、ＩＣチップ１１の下側から第１の撮像手段である赤外線透過認識光学系１５により赤外光を投射し、ＩＣチップ１１を透過して吸着ノズル９ａの表面で反射した赤外光により素子形成面に設けられた第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。
【００５１】
ステップ７３の「補正量計算」では、赤外線透過認識光学系１５による撮像と認識結果により、吸着ノズル９ａに吸着されたＩＣチップ１１の第１の位置情報と、後に述べるステップ７７の「基板マーク認識」で求められる第２の位置情報とから位置補正量を計算する。この位置補正量の計算は、図示しない制御部に送られたＩＣパターンマーク６９の電子データに基づき制御部が計算する。位置補正量にはＸ方向とＹ方向の距離の他に軸７回りの回転角θも含まれる。
【００５２】
ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」では、ステップ７３で計算された補正量をもとにして、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置に移動させる。
【００５３】
つぎに、基板２５のハンドリングの工程について説明する。ステップ７５の「ステージに基板吸着」は、ステップ７０の「ノズルにＩＣチップ吸着」と同時にスタートし、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、図示しない基板吸着位置において基板２５を吸着する。
【００５４】
ステップ７６の「認識位置へ基板搬送」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、基板２５を基板認識光学系１３の直下へ移動する。図１では、基板２５のＩＣチップ１１を実装する領域部が基板認識光学系１３の直下に移動した状態を示す。
【００５５】
ついで、ステップ７７の「基板マーク認識」では、第２の撮像手段である基板認識光学系１３によって基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像し、認識する。このステップ７７は、ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」と同期させる必要があり、ヘッド移動ロボット１とステージ移動ロボット２９の駆動が同時に行われ、ＩＣチップ１１と基板２５との撮像および認識とがほぼ同時に行われる。
【００５６】
ステップ７８の「補正量計算」では、ステップ７７の「基板マーク認識」で得られる第２の位置情報とステップ７２の「赤外線透過パターン認識」で得られる第１の位置情報とによりボンディング位置での基板２５の位置補正量を計算する。すなわち、ステップ７７の「基板マーク認識」で、基板マーク２５ａから第２の位置情報を得る。同時に、ステップ７２の「赤外線透過パターン認識」により第１の位置情報を得る。この二つの位置情報から相対ずれ量が求まるので、基板２５の位置補正量をＸ方向、Ｙ方向の距離および回転角θとして求める。この位置補正量の計算は、同様に図示しない制御部により行う。これにより、ＩＣチップ１１と基板２５のそれぞれの位置補正量が両者を関連付けて求められる。なお、ステップ７３の「補正量計算」とステップ７８の「補正量計算」とを行う図示しない制御部の機能が演算手段を構成している。
【００５７】
ステップ７９の「ボンディング位置へ移動」は、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」と同時に行い、ステップ７３とステップ７８とで計算した補正量によりステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させ、かつ補正した回転角θにより軸７を回転させる。その後、ステップ８０の「ＩＣボンディング」で、吸着ノズル９ａを押下させることで、ＩＣチップ１１の装着が完了する。なお、ステップ７４の「ボンディング位置へ移動」とステップ７９の「ボンディング位置へ移動」とを行うための構成部材により位置合わせ手段が構成されている。
【００５８】
このように本実施の形態では、ＩＣチップ１１の位置認識にＩＣチップ１１の下側から赤外線透過認識光学系１５により赤外光を投射して、ＩＣチップ１１を透過し吸着ノズル９ａで反射した赤外光を撮像することにより、素子形成面に設けられた第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。これにより、素子形成面のＩＣパターンマーク６９と対応している電極端子と基板２５の配線パターンとを高精度に位置合わせすることが可能となる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図であり、図６はこの装置による装着工程の動作を説明するための図である。なお、図１から図４までの要素と同じ要素については同じ符号を付している。
【００６０】
本実施の形態の半導体装着装置が、第１の実施の形態の半導体装着装置と異なる点を以下に説明する。すなわち、図１における赤外線透過認識光学系１５のかわりに同時認識光学系１６を設けていることである。さらに、この同時認識光学系１６は、軸３５によりＹ方向に移動可能な光学系移動ロボット３７と、この光学系移動ロボット３７に取り付けられＸ方向に移動可能なアーム３９とによりＸ−Ｙ方向に移動自在とされている。
【００６１】
同時認識光学系１６は、ＩＣパターンマーク６９を撮像し認識するための赤外線照射手段９１と第１の撮像手段９３、基板マークを撮像し認識する基板認識光学系９９、および赤外光と可視光とを反射または透過させるミラーボックス９５から構成されている。
【００６２】
本実施の形態の赤外線照射手段９１は図５には示されていないが、図２と同様な赤外線照明ランプ、この赤外線照明ランプから照射された赤外光を集光する集光レンズ、集光レンズで集光された赤外光を導く光ファイバ、赤外光を反射するハーフミラー、ハーフミラーで反射した赤外光を集光するレンズ、このレンズから出た赤外光を反射する反射ミラー、およびＩＣチップ１１の吸着面が赤外光を反射するように形成されている吸着ノズル９ａから構成されている。
【００６３】
また、第１の撮像手段９３も図５には示されていないが、図２と同様な吸着ノズル９ａで反射した赤外光を、反射ミラー、レンズ、ハーフミラー、撮像するための焦点を合わせるレンズ、ＩＣチップ１１の素子形成面に形成された第１の認識マークであるＩＣパターンマーク６９を撮像する撮像デバイスに導き、この撮像デバイスで撮像するように構成されている。第１の撮像手段９３で撮像されたＩＣパターンマーク６９の電子データは図示しない制御部に送られる。
【００６４】
一方、基板認識光学系９９も、図２と同様な基板２５の第２の認識マークである基板マーク２５ａを撮像する第２の撮像手段９７と、撮像するための可視光を照射する可視光照射手段９８とにより構成され、撮像された基板マーク２５の電子データを図示しない制御部に送る機能を有する。制御部は送られてきた基板マーク２５ａとＩＣパターンマーク６９とのデータに基づき、基板マーク２５ａやＩＣパターンマーク６９の形状や位置情報を認識する。
【００６５】
本実施の形態では、赤外光により撮像するＩＣパターンマーク６９と可視光により撮像する基板マーク２５ａとをミラーボックス９５に設けたミラー６１ａで分離して撮像する。このため、ミラー６１ａには両面に反射面が設けられている。すなわち、一方の面では、赤外光の透過と反射によりＩＣチップ１１の素子形成面のＩＣパターンマーク６９からの赤外光を第１の撮像手段９３の撮像デバイス（図示せず）に導く。他方の面では、可視光の透過と反射により基板２５の配線形成部に設けられた基板マーク２５ａからの可視光を第２の撮像手段９７に導く。なお、このような特性を有するミラー６１ａは一般的に購入することが可能である。
【００６６】
このように構成された本実施の形態の半導体装着装置の動作について、図６をもとに説明する。
【００６７】
図６において、ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」と、ステップ１０６の「ボンディング位置へ基板搬送」とは、ステージ移動ロボット２９とヘッド移動ロボット１の双方を駆動して同時に行われる。その位置において、ステップ１０２の「赤外線透過パターン認識」と、ステップ１０７の「基板マーク認識」とが同時に行われる。
【００６８】
このような動作条件において、まずＩＣチップ１１のハンドリング工程について説明する。
【００６９】
ステップ１００の「ノズルにＩＣチップ吸着」では、チップトレイＸ−Ｙロボット１７をそれぞれの軸１９、２１によりＸ−Ｙ方向に移動させて、チップトレイ２３上にある吸着すべきＩＣチップ１１を所定のノズル吸着位置に移動させる。同時にヘッド移動ロボット１を軸３によりＹ方向に移動させ、さらにボンディングヘッド５により軸７を−Ｚ方向に伸ばして、軸７の先端に取り付けられている吸着ノズル９ａによりＩＣチップ１１を吸着する。
【００７０】
ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」では、光学系移動ロボット３７による同時認識光学系１６の認識位置への移動とともに、ヘッド移動ロボット１を軸３により−Ｙ方向に移動させて、ＩＣチップ１１を認識するための認識位置で、かつＩＣチップ１１を装着する装着位置でもある同時認識光学系１６の直上位置へ搬送する。
【００７１】
ステップ１０２の「赤外線透過パターン認識」では、ＩＣチップ１１の素子形成面の反対側面から同時認識光学系１６の赤外線照射手段９１により赤外光を投射し、ミラーボックス９５のミラー６１ａの一方の面（図５では上面）で反射し、ＩＣチップ１１を透過して吸着ノズル９ａの表面で反射し、再びＩＣチップ１１を透過してきた赤外光をミラー６１ａで反射し、第１の撮像手段９３の撮像デバイス（図示せず）で受光して、素子形成面のＩＣパターンマーク６９を撮像し認識して、第１の位置情報を得る。
【００７２】
ステップ１０３の「補正量計算」では、同時認識光学系１６による認識結果である第１の位置情報と、後に述べる第２の位置情報とから、吸着ノズル９ａに吸着されたＩＣチップ１１のＸ方向、Ｙ方向の位置補正量と軸７回りの回転角θを含めた補正量を計算する。なお、ステップ１０３は、ステップ１０８と同期して行われる。
【００７３】
ステップ１０４の「位置補正」では、ステップ１０３で計算された補正量に基づきＩＣチップ１１の位置補正を行う。
【００７４】
一方、基板２５のハンドリングの工程動作について、以下に述べる。
【００７５】
ステップ１００の「ノズルにＩＣチップ吸着」と同時にスタートするステップ１０５の「ステージに基板吸着」では、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、図示しない基板吸着位置において基板２５を吸着する。
【００７６】
ステップ１０６の「ボンディング位置へ基板搬送」は、ステップ１０１の「ボンディング位置へＩＣチップ搬送」と同時に行われる。ＩＣチップ１１のＩＣパターンマーク６９認識と、基板２５の基板マーク２５ａ認識との準備を同時に行うため、ステージ移動ロボット２９によりステージ２７を移動させて、基板２５を同時認識光学系１６の直下へ移動するとともに、ヘッド移動ロボット１も駆動してＩＣチップ１１と基板２５が同時に所定の撮像位置に移動される。
【００７７】
ついで、ステップ１０７の「基板マーク認識」では、同時認識光学系１６の可視光照射手段９８から照射された可視光がミラーボックス９５のミラー６１ａの他方の面（図においては下面）で反射し、基板２５に照射される。可視光を照射された基板２５の基板マーク２５ａを第２の撮像手段９７で撮像し、認識して第２の位置情報を求める。このステップ１０７は、ステップ１０２と同期する必要があり、ステップ１０２の撮像および認識動作とほぼ同時に行われる。
【００７８】
ステップ１０８の「補正量計算」では、ステップ１０７の撮像および認識動作の結果得られた第２の位置情報と、前述した第１の位置情報とから相対ずれ量を求め、その結果に基づき装着位置での基板のＸ方向、Ｙ方向および回転角θの位置補正量を計算する。この計算は図示しない制御部で行う。なお、このステップ１０３とステップ１０８の「補正量計算」は図示しない制御部で行うが、これらの制御部の計算機能が演算手段を構成する。
【００７９】
ステップ１０９の「位置補正」では、ステップ１０３とステップ１０８とで計算した補正量により、ステージ２７とボンディングヘッド５とを相対的に移動させ、かつ補正した回転角θにより軸７を回転させる。
【００８０】
ついで、ステップ１１０の「カメラ退避」で、光学系移動ロボット３７により同時認識光学系１６をボンディングヘッド５が接触しない領域へ退避させる。
【００８１】
最後に、ステップ１１１の「ＩＣチップボンディング」で、ボンディングヘッド５により吸着ノズル９ａを押下してＩＣチップ１１を基板２５の所定の位置へ配置してすべての工程を完了する。なお、ステップ１０９とステップ１１１とを行うための構成部材が位置合わせ手段を構成している。
【００８２】
このように本実施の形態では、同時認識光学系１６を備えることにより、位置補正前のボンディング位置において、ＩＣチップ１１の位置認識のために同時認識光学系１６の赤外線照射手段９１でＩＣチップ１１の素子形成面の反対側から赤外光を投射してＩＣチップ１１を透過して、素子形成面のＩＣパターンマーク６９を撮像し認識する。また、それと同時に基板２５表面を第２の撮像手段９７で撮像し、認識する。これにより、ＩＣチップ１１を基板２５の所定位置にフェースアップ方式で高精度に配置することができる。
【００８３】
なお、本発明のそれぞれの実施の形態では、赤外線を赤外線透過認識光学系１５側または同時認識光学系１６側から投射したが、吸着ノズル９ａの吸着面側を赤外線を透過可能な材料で形成し、この吸着面側から赤外線を投射しても同様な効果が得られる。さらに、本発明は赤外線に限定されることはなく、例えばＸ線を照射してＩＣチップの位置情報を得る構成とすることもできる。
【００８４】
また、それぞれの実施の形態において説明したＩＣチップの吸着、種々の駆動手段、基板の吸着手段、および撮像手段を駆動する駆動手段等については、本実施の形態で説明したものに限定されることはない。装着装置の形状や機能に応じて適宜最適な構成部材を選択してもよい。例えば、本実施の形態では、ヘッド移動ロボット１はＹ方向のみ、ステージ移動ロボット２９はＸ方向のみ移動可能であるように例示したが、これらをＸ−Ｙ両方向に移動可能としてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装着装置は、ＩＣチップの素子形成面の反対側の面から素子形成面に設けられたＩＣパターンマークの撮像と認識が可能な赤外線透過認識光学系、またはＩＣチップの素子形成面の反対側の面から素子形成面に設けられたＩＣパターンマークの撮像と認識、および基板表面の基板マークの撮像と認識の両方が同時に可能な同時認識光学系を備えた構成である。これにより、ＩＣチップをフェースアップ方式で高精度に基板上の所定位置に配置することができ、さらに高密度に実装された電子回路を提供できるという大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図２】同実施の形態における半導体装着装置の赤外線透過認識光学系の断面図
【図３】同実施の形態で用いる基板およびＩＣチップの位置認識用の認識マーク形状の一例を示す図
【図４】同実施の形態の半導体装着装置による装着工程の動作を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施の形態における半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図６】同実施の形態の半導体装着装置による装着工程の動作を説明するための図
【図７】従来のフェースアップ方式の半導体装着装置の要部構成を示す斜視図
【図８】同半導体装着装置における装着工程の動作の流れを示す図
【符号の説明】
１ヘッド移動ロボット
３，７，１９，２１，３１，３５軸
５ボンディングヘッド
９，９ａ吸着ノズル
１１ＩＣチップ（半導体集積回路素子）
１３，９９基板認識光学系
１５赤外線透過認識光学系
１６同時認識光学系
１７チップトレイＸ−Ｙロボット
２３チップトレイ
２５基板
２５ａ基板マーク
２７ステージ
２９ステージ移動ロボット
３３ＩＣチップ認識光学系
３７光学系移動ロボット
３９アーム
５１赤外線照明ランプ
５３集光レンズ
５５光ファイバ
５７ハーフミラー
５９，６３レンズ
６１反射ミラー
６１ａミラー
６５撮像デバイス
６９ＩＣパターンマーク
９１赤外線照射手段
９３第１の撮像手段
９５ミラーボックス
９７第２の撮像手段
９８可視光照射手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor mounting apparatus capable of performing accurate positioning when mounting a semiconductor integrated circuit element (hereinafter referred to as an IC chip) on a printed wiring board, and more particularly to a device for mounting an IC chip in a face-up manner and the mounting thereof. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a mounting technique for mounting an IC chip or various electronic components on a printed wiring board is often used. Of these, the IC chip has a particularly large number of terminals and a narrow terminal interval, so it must be mounted with high accuracy. In particular, flip-chip mounting has recently been widely used, and there is a demand for a high-accuracy semiconductor mounting apparatus for accurately aligning and mounting terminal electrodes on a printed wiring board and IC chip terminals. .
[0003]
Furthermore, in order to produce a small and high-functional electronic circuit, the IC chip is embedded in the printed wiring board so that the element formation surface is exposed, and the gap between the IC chip and the printed wiring board is filled with resin. Attempts have been made to form wiring on the printed wiring board including the terminal portion of the IC chip after planarization. In order to realize such a method, there is a need for a semiconductor mounting apparatus that can be mounted with high precision by a face-up method.
[0004]
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a main part of a conventional face-up type semiconductor mounting apparatus. In FIG. 7, the head moving robot 1 moves linearly and freely in the direction of the axis 3. A bonding head 5 is attached to the head moving robot 1, and a suction nozzle 9 is attached to the tip of a shaft 7 that is movable in the vertical direction with respect to the bonding head 5, so that the IC chip 11 is sucked. Yes.
[0005]
A substrate recognition optical system 13 for recognizing the mark on the substrate 25 is further attached to the head moving robot 1. Further, an IC chip recognition optical system 33 for recognizing the outer shape of the IC chip 11 from below is attached to the semiconductor mounting device. The chip tray XY robot 17 on which the IC chip 11 is placed conveys the chip tray 23 freely in the XY directions by the shafts 19 and 21.
[0006]
The stage 27 on which the substrate 25 is placed is fixed on a stage moving robot 29, and the stage moving robot 29 moves freely in the direction of the axis 31.
[0007]
Here, the operation will be described with reference to FIG. 7 and FIG. 8 showing the flow of the operation of the apparatus process in this conventional configuration.
[0008]
First, the IC handling process will be described.
[0009]
In step 40 “IC chip suction to the nozzle”, the chip tray XY robot 17 is moved in the XY direction with respect to the shafts 19 and 21, and the IC chip 11 to be suctioned on the chip tray 23 is moved to the nozzle suction position. Move to. At the same time, the head moving robot 1 is moved in the Y direction with respect to the shaft 3, the shaft 7 is extended in the −Z direction by the bonding head 5, and the IC chip 11 is sucked by the suction nozzle 9.
[0010]
In “transport IC chip to recognition position” in step 41, the head moving robot 1 is moved in the −Y direction with respect to the axis 3 to transport the IC chip 11 to the recognition position directly above the IC chip recognition optical system 33.
[0011]
In “IC chip outer shape recognition” in step 42, the IC chip recognition optical system 33 images and recognizes the outer shape of the IC chip 11.
[0012]
In “correction amount calculation” in step 43, the position correction amount of the IC chip 11 sucked by the suction nozzle 9 is calculated based on the recognition result by the IC chip recognition optical system 33.
[0013]
In step 44 “move to bonding position”, the correction amount calculated in the previous stage is reserved and the process proceeds to the substrate 25 handling process.
[0014]
Next, a process for handling the substrate 25 will be described.
[0015]
In the “substrate adsorption to the stage” in step 45, the stage 27 is moved to a substrate adsorption position (not shown) by the stage moving robot 29, and the substrate 25 is adsorbed at that position.
[0016]
In “transport substrate to recognition position” in step 46, the stage moving robot 29 moves the stage 27 directly below the substrate recognition optical system 13.
[0017]
Next, it is necessary to synchronize with the “IC chip outer shape recognition” at step 42 in the “substrate mark recognition” at step 47. With this configuration, the imaging and recognition of the IC chip 11 and the imaging and recognition of the substrate 25 are performed almost simultaneously. Is called.
[0018]
In “correction amount calculation” in step 48, the position correction amount of the substrate 25 at the bonding position is calculated based on the recognition result in the previous stage.
[0019]
In the “move to bonding position” in step 49, the stage 27 and the bonding head 5 are moved relative to each other by combining the correction amounts calculated in steps 43 and 48 by operating simultaneously with “move to bonding position” in step 44. Move.
[0020]
Thereafter, the IC chip 11 can be mounted at a predetermined position on the substrate 25 by pressing the suction nozzle 9 in “IC chip bonding” in step 50.
[0021]
As described above, there are various types of face-up bonding methods in which the circuit forming surface of the IC chip 11 is mounted on the printed wiring board so as to come out on the surface (for example, Patent Documents). 1).
[0022]
However, in the above-described general example and the example shown in Patent Document 1, the outer shape of the IC chip is used as a reference for positioning the IC chip on the substrate. For this reason, when the terminal position of the IC chip varies with respect to the outer shape, there is a problem that the error increases by the variation. This is because the outer shape of the IC chip varies due to dicing, and the terminal position of the IC chip is not necessarily constant when the outer shape is used as a reference.
[0023]
A method for dealing with this problem is also shown (for example, Patent Document 2). In this method, a prism is fitted at the lower tip of a nozzle, which is a bonding tool, and the image on the upper surface of the IC chip adsorbed on the lower surface of the prism is reflected twice by the prism, and then the upward direction below the prism is This is a method in which the position of the IC chip is corrected by the calculation processing of the image recognized by the recognition camera.
[0024]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2956278 (pages 1 to 2 and FIGS. 1 to 3)
[Patent Document 2]
JP-A-9-69540 (paragraph numbers [0006]-[0010], FIGS. 1 and 2)
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of Patent Document 2, dirt on the prism surface, damage to the prism, and the like are likely to occur, and maintenance is required with great care.
[0026]
In order to solve such a conventional problem, the present invention recognizes the position of a terminal or a recognition mark formed on the element formation surface from the lower surface of the IC chip without using a nozzle having a special structure, Provided are a semiconductor mounting apparatus and a mounting method thereof capable of positioning with high accuracy.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor mounting apparatus according to the present invention has an adsorbing means for adsorbing an element formation surface of an IC chip and a first recognition mark on the element formation surface of the IC chip on the surface opposite to the element formation surface A first imaging unit that captures an image using the imaging device, a second imaging unit that captures the second recognition mark in the mounting region portion of the substrate on which the IC chip is mounted, and a first image captured by the first imaging unit. The first position information obtained by image processing of the recognition mark is compared with the second position information obtained by image processing of the second recognition mark of the substrate imaged by the second imaging means, and the IC chip An arithmetic means for calculating a relative deviation amount from the wiring pattern position of the substrate, and a relative deviation amount between the IC chip and the wiring pattern position of the substrate by moving at least one of the suction means and the substrate based on an output from the arithmetic means. Supplement And aligned with, it consists structure and a positioning means for positioning the IC chip on the substrate.
[0028]
Furthermore, the semiconductor mounting apparatus of the present invention further includes an infrared irradiation means for irradiating infrared light arranged on the first imaging means side, wherein the suction surface of the suction means is a member that reflects infrared rays, and infrared rays are emitted from the infrared irradiation means. It can also be set as the structure which images a 1st recognition mark with a 1st imaging means with the infrared rays which irradiated and reflected on the adsorption | suction surface.
[0030]
In addition, the semiconductor mounting device of the present invention may be configured such that the first imaging unit and the second imaging unit are integrally formed.
[0031]
In the semiconductor mounting apparatus of the present invention, the first recognition mark and the second recognition mark are imaged and recognized by the first imaging means and the second imaging means, respectively, and the wiring between the IC chip and the substrate is performed. After correcting and aligning the relative deviation amount with respect to the pattern position, the first imaging unit and the second imaging unit are retracted, and then the IC chip can be arranged on the substrate.
[0032]
With such a configuration, the pattern mark provided on the element formation surface of the IC chip can be accurately recognized from the opposite side of the element formation surface. As a result, the IC chip can be mounted on the substrate with high accuracy. In addition, it can be configured to capture and recognize each pattern mark with the IC chip and substrate facing each other at the position where the IC chip and the substrate are mounted. An apparatus can be realized and various electronic circuits can be manufactured with high density.
[0033]
Further, according to the semiconductor mounting method of the present invention, the step of adsorbing the element forming surface of the IC chip by the adsorbing means, and the first recognition mark on the element forming surface of the IC chip are arranged on the surface opposite to the element forming surface A step of picking up an image by one image pickup means, a step of picking up a second recognition mark in the mounting region portion of the substrate on which the IC chip is mounted by the second image pickup means, and a first recognition picked up by the first image pickup means Image processing of the mark to obtain first position information, image processing of the second recognition mark on the substrate imaged by the second imaging means to obtain second position information, and first position Comparing the information with the second position information, calculating a relative deviation amount between the IC chip and the wiring pattern position of the substrate by the calculating means, and at least one of the suction means and the substrate based on the output from the calculating means Move to I Aligned by correcting the chip and the relative shift amount of the wiring pattern position of the substrate, and a step of placing the IC chip on the substrate.
[0034]
The semiconductor mounting method of the present invention further includes an infrared irradiating means for irradiating infrared light disposed on the first imaging means side, wherein the suction surface of the suction means is a member that reflects infrared rays, and the first recognition mark is provided. The imaging step may be a method of irradiating infrared rays from the infrared irradiation means and imaging the first recognition mark by the first imaging means by the infrared rays reflected by the suction surface.
[0036]
Further, according to the semiconductor mounting method of the present invention, the first imaging means and the second imaging means respectively image the first recognition mark and the second recognition mark, and then place the IC chip on the substrate. A method of retracting from the substrate before can also be used.
[0037]
By adopting such a mounting method, the pattern mark provided on the element forming surface of the IC chip can be accurately recognized from the opposite side of the element forming surface, so that the IC chip can be mounted on the substrate with high accuracy. In addition, when the IC chip and the substrate are opposed to each other at the mounting position, each pattern mark is imaged and recognized, so that the IC chip can be mounted with higher accuracy.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a semiconductor mounting apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0039]
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of a semiconductor mounting apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an infrared transmission recognition optical system, and FIG. 3 is also for position recognition of a substrate and an IC chip. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the recognition mark shape, and FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the mounting process.
[0040]
The semiconductor mounting apparatus of the present embodiment is provided with an infrared transmission recognition optical system 15 in place of the IC chip recognition optical system 33 of the conventional semiconductor mounting apparatus shown in FIG. 7, and the IC chip suction surface of the suction nozzle 9a. Material that reflects infrared That is, Or , Reflect infrared There is a big difference from the conventional processing. Other head moving robot 1, bonding head 5, substrate recognition optical system 13, chip tray XY robot 17, chip tray 23, stage 27 on which the substrate 25 is placed, stage moving robot 29, and their peripheral configurations are conventional. The same elements are denoted by the same reference numerals. The substrate recognition optical system 13 has a function of sending second image pickup means for picking up an image of the substrate mark 25a, which is the second recognition mark of the substrate 25, and sending electronic data picked up thereby to a control unit (not shown). The control unit recognizes the shape and position information of the substrate mark 25a based on the received data of the substrate mark 25a.
[0041]
In FIG. 2, the infrared transmission recognition optical system 15 includes an infrared irradiation unit and a first imaging unit. The infrared irradiation means includes an infrared illumination lamp 51, a condensing lens 53 that condenses the infrared light emitted from the infrared illumination lamp 51, an optical fiber 55 that directs the infrared light collected by the condensing lens 53, red The half mirror 57 that reflects outside light, the lens 59 that collects infrared light reflected by the half mirror 57, the reflection mirror 61 that reflects infrared light emitted from the lens 59, and the adsorption surface of the IC chip 11 are red. The suction nozzle 9a is formed so as to reflect external light.
[0042]
The first imaging means forms infrared light reflected by the suction nozzle 9 a on the reflection mirror 61, the lens 59, the half mirror 57, the lens 63 for focusing for imaging, and the element formation surface of the IC chip 11. The imaging device 65 is configured to image the IC pattern mark 69 that is the first recognition mark, and the imaging device 65 is configured to image the IC pattern mark 69. The IC pattern mark 69 imaged by the infrared transmission recognition optical system 15 is sent as electronic data to a control unit (not shown) to recognize shape and position information. FIG. 2 schematically shows an IC pattern mark 69 imaged on the active surface of the imaging device 65. Furthermore, an infrared filter may be provided in front of the imaging device 65 to avoid unnecessary external light. Further, the surface of the suction nozzle 9a, which is a suction means for sucking the element forming surface of the IC chip 11, is made of a material that reflects infrared rays, or is processed to reflect infrared rays, and preferably a member that is processed into a mirror surface. It is configured to efficiently reflect incident infrared light.
[0043]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the first recognition mark and the second recognition mark. FIG. 3A is an example of a substrate mark 25a which is a second recognition mark for imaging by the substrate recognition optical system 13 and recognizing the position of the substrate 25, together with a wiring pattern formed on the substrate 25. Formed simultaneously. For example, it is sufficient to provide at least two places on the diagonal of the wiring formation surface of the substrate 25. FIG. 3B and FIG. 3C are examples of the IC pattern mark 69 which is the first recognition mark, which is formed on the element formation surface of the IC chip 11 simultaneously with the processing at the time of element formation. For example, the element formation surface May be provided in at least two places. The IC pattern mark 69 is imaged and recognized by the infrared transmission recognition optical system 15.
[0044]
The operation of the mounting process of the semiconductor mounting apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
[0045]
The “infrared transmission pattern recognition” in step 72 and the “substrate mark recognition” in step 77 are performed almost simultaneously in the stationary state of both the stage moving robot 29 and the head moving robot 1.
[0046]
In addition, both “moving to the bonding position” in step 74 and “moving to the bonding position” in step 79 are performed at the same time. When both the stage moving robot 29 and the head moving robot 1 are stationary, the “IC chip bonding” in step 80 is performed. Is performed.
[0047]
Under the above operating conditions, first, a process of handling the IC chip 11 will be described. In addition, about the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in FIG.
[0048]
In “adsorption of IC chip to nozzle” in step 70, the chip tray XY robot 17 is moved in the X direction and Y direction by the respective axes 19 and 21, and the IC chip 11 to be adsorbed on the chip tray 23 is moved. Move to a predetermined nozzle suction position. At the same time, the head moving robot 1 is moved in the Y direction with respect to the shaft 3, the shaft 7 is extended in the −Z direction by the bonding head 5, and the IC chip 11 is sucked by the suction nozzle 9 a attached to the tip of the shaft 7. To do.
[0049]
In “transfer IC chip to recognition position” in step 71, the head moving robot 1 is moved in the −Y direction with respect to the axis 3 to transport the IC chip 11 to the recognition position directly above the infrared transmission recognition optical system 15. This movement path is shown as an arrow line in FIG.
[0050]
In “infrared transmission pattern recognition” in step 72, infrared light is projected from the lower side of the IC chip 11 by the infrared transmission recognition optical system 15, which is the first image pickup means, and passes through the IC chip 11 and passes through the IC nozzle 11. An IC pattern mark 69 which is a first recognition mark provided on the element formation surface is imaged and recognized by infrared light reflected from the surface.
[0051]
In “correction amount calculation” in step 73, the first position information of the IC chip 11 sucked by the suction nozzle 9a and the “substrate mark recognition” in step 77, which will be described later, based on the imaging and recognition results by the infrared transmission recognition optical system 15. The position correction amount is calculated from the second position information obtained in the above. The position correction amount is calculated by the control unit based on the electronic data of the IC pattern mark 69 sent to the control unit (not shown). The position correction amount includes the rotation angle θ around the axis 7 in addition to the distance between the X direction and the Y direction.
[0052]
In “move to bonding position” in step 74, the IC chip 11 is moved to a predetermined position on the substrate 25 based on the correction amount calculated in step 73.
[0053]
Next, a process for handling the substrate 25 will be described. The “substrate adsorption to the stage” in step 75 starts simultaneously with “IC chip adsorption to the nozzle” in step 70, and the stage 27 is moved by the stage moving robot 29 to adsorb the substrate 25 at a substrate adsorption position (not shown).
[0054]
In “Transfer substrate to recognition position” in step 76, the stage 27 is moved by the stage moving robot 29, and the substrate 25 is moved directly below the substrate recognition optical system 13. FIG. 1 shows a state in which the region portion on which the IC chip 11 of the substrate 25 is mounted is moved directly below the substrate recognition optical system 13.
[0055]
Next, in the “substrate mark recognition” at step 77, the substrate recognition optical system 13 which is the second imaging means images and recognizes the substrate mark 25a which is the second recognition mark of the substrate 25. This step 77 needs to be synchronized with the “infrared transmission pattern recognition” in step 72, and the head moving robot 1 and the stage moving robot 29 are driven simultaneously, and the imaging and recognition of the IC chip 11 and the substrate 25 are performed. Done almost simultaneously.
[0056]
In “correction amount calculation” in step 78, the second position information obtained in “substrate mark recognition” in step 77 and the first position information obtained in “infrared transmission pattern recognition” in step 72 are used. A position correction amount of the substrate 25 is calculated. In other words, the second position information is obtained from the substrate mark 25 a by “substrate mark recognition” in step 77. At the same time, first position information is obtained by “infrared transmission pattern recognition” in step 72. Since the relative deviation amount is obtained from the two pieces of position information, the position correction amount of the substrate 25 is obtained as the distances in the X and Y directions and the rotation angle θ. The calculation of the position correction amount is similarly performed by a control unit (not shown). Thereby, the respective position correction amounts of the IC chip 11 and the substrate 25 are obtained in association with each other. Note that the function of a control unit (not shown) that performs “correction amount calculation” in step 73 and “correction amount calculation” in step 78 constitutes an arithmetic means.
[0057]
The “move to bonding position” in step 79 is performed simultaneously with the “move to bonding position” in step 74, and the stage 27 and the bonding head 5 are relatively moved by the correction amount calculated in step 73 and step 78. The shaft 7 is rotated by the corrected rotation angle θ. Thereafter, in step 80 “IC bonding”, the suction nozzle 9 a is pressed down to complete the mounting of the IC chip 11. Note that the positioning means is constituted by the constituent members for performing “move to bonding position” in step 74 and “move to bonding position” in step 79.
[0058]
As described above, in the present embodiment, the infrared light is projected from the lower side of the IC chip 11 by the infrared transmission recognition optical system 15 to recognize the position of the IC chip 11, passes through the IC chip 11, and is reflected by the suction nozzle 9 a. By picking up infrared light, the IC pattern mark 69 which is the first recognition mark provided on the element formation surface is picked up and recognized. This makes it possible to align the electrode terminal corresponding to the IC pattern mark 69 on the element formation surface and the wiring pattern of the substrate 25 with high accuracy.
[0059]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the main part of the semiconductor mounting apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the mounting process by this apparatus. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same element as the element from FIG. 1 to FIG.
[0060]
The difference between the semiconductor mounting apparatus of the present embodiment and the semiconductor mounting apparatus of the first embodiment will be described below. That is, a simultaneous recognition optical system 16 is provided instead of the infrared transmission recognition optical system 15 in FIG. Further, the simultaneous recognition optical system 16 is moved in the XY direction by an optical system mobile robot 37 that can be moved in the Y direction by a shaft 35 and an arm 39 that is attached to the optical system mobile robot 37 and can move in the X direction. It is supposed to be movable.
[0061]
The simultaneous recognition optical system 16 includes an infrared irradiation unit 91 and a first imaging unit 93 for imaging and recognizing the IC pattern mark 69, a substrate recognition optical system 99 for imaging and recognizing the substrate mark, and infrared light and visible light. And a mirror box 95 that reflects or transmits light.
[0062]
Although the infrared irradiation means 91 of this Embodiment is not shown by FIG. 5, the infrared illumination lamp similar to FIG. 2, the condensing lens which condenses the infrared light irradiated from this infrared illumination lamp, a condensing An optical fiber that guides the infrared light collected by the lens, a half mirror that reflects the infrared light, a lens that collects the infrared light reflected by the half mirror, and a reflective mirror that reflects the infrared light emitted from this lens And the suction surface of the IC chip 11 is composed of a suction nozzle 9a formed so as to reflect infrared light.
[0063]
Although the first image pickup means 93 is not shown in FIG. 5, the infrared light reflected by the suction nozzle 9a similar to FIG. 2 is focused on a reflection mirror, a lens, a half mirror, and an image. The lens and the IC pattern mark 69 that is the first recognition mark formed on the element formation surface of the IC chip 11 are guided to an imaging device that captures an image, and the imaging device captures the image. Electronic data of the IC pattern mark 69 picked up by the first image pickup means 93 is sent to a control unit (not shown).
[0064]
On the other hand, the substrate recognition optical system 99 also has a second imaging unit 97 that images a substrate mark 25a, which is a second recognition mark of the substrate 25 similar to FIG. 2, and a visible light irradiation that irradiates visible light for imaging. And a function of sending electronic data of the imaged substrate mark 25 to a control unit (not shown). The control unit recognizes the shape and position information of the substrate mark 25a and the IC pattern mark 69 based on the received data of the substrate mark 25a and the IC pattern mark 69.
[0065]
In the present embodiment, the IC pattern mark 69 imaged by infrared light and the substrate mark 25a imaged by visible light are separated and imaged by a mirror 61a provided in the mirror box 95. For this reason, the mirror 61a is provided with reflecting surfaces on both sides. That is, on one surface, infrared light from the IC pattern mark 69 on the element forming surface of the IC chip 11 is guided to an imaging device (not shown) of the first imaging means 93 by transmission and reflection of infrared light. On the other surface, visible light from the substrate mark 25 a provided in the wiring forming portion of the substrate 25 is guided to the second imaging means 97 by transmission and reflection of visible light. The mirror 61a having such characteristics can generally be purchased.
[0066]
The operation of the semiconductor mounting apparatus of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
[0067]
In FIG. 6, “conveying the IC chip to the bonding position” in step 101 and “conveying the substrate to the bonding position” in step 106 are performed simultaneously by driving both the stage moving robot 29 and the head moving robot 1. At that position, “infrared transmission pattern recognition” in step 102 and “substrate mark recognition” in step 107 are performed simultaneously.
[0068]
Under such operating conditions, the handling process of the IC chip 11 will be described first.
[0069]
In step 100 “IC chip suction to the nozzle”, the chip tray XY robot 17 is moved in the XY direction by the respective shafts 19 and 21 so that the IC chip 11 to be sucked on the chip tray 23 is predetermined. Move to the nozzle suction position. At the same time, the head moving robot 1 is moved in the Y direction by the shaft 3, the shaft 7 is extended in the −Z direction by the bonding head 5, and the IC chip 11 is sucked by the suction nozzle 9 a attached to the tip of the shaft 7.
[0070]
In step 101 “IC chip transfer to bonding position”, the optical mobile robot 37 moves the simultaneous recognition optical system 16 to the recognition position and moves the head mobile robot 1 in the −Y direction by the axis 3 to generate the IC chip. 11 is conveyed to a position immediately above the simultaneous recognition optical system 16 which is a recognition position for recognizing 11 and a mounting position where the IC chip 11 is mounted.
[0071]
In “infrared transmission pattern recognition” in step 102, infrared light is projected from the side opposite to the element formation surface of the IC chip 11 by the infrared irradiation means 91 of the simultaneous recognition optical system 16, and one surface of the mirror 61a of the mirror box 95 is projected. Infrared light reflected by (upper surface in FIG. 5), transmitted through the IC chip 11, reflected by the surface of the suction nozzle 9a, and again transmitted through the IC chip 11 is reflected by the mirror 61a, and the first imaging means 93 is reflected. The image pickup device (not shown) receives the light, picks up and recognizes the IC pattern mark 69 on the element forming surface, and obtains first position information.
[0072]
In “correction amount calculation” in step 103, the X-direction of the IC chip 11 sucked by the suction nozzle 9a from the first position information that is the recognition result by the simultaneous recognition optical system 16 and the second position information described later. The correction amount including the position correction amount in the Y direction and the rotation angle θ about the axis 7 is calculated. Note that step 103 is performed in synchronization with step 108.
[0073]
In “position correction” in step 104, the position of the IC chip 11 is corrected based on the correction amount calculated in step 103.
[0074]
On the other hand, the process operation of handling the substrate 25 will be described below.
[0075]
In “105 Adsorbing the IC Chip to the Nozzle” in Step 100, “Standing the Substrate to the Stage” in Step 105, the stage 27 is moved by the stage moving robot 29, and the substrate 25 is adsorbed at a substrate adsorption position (not shown).
[0076]
“Transfer substrate to bonding position” in step 106 is performed simultaneously with “Transfer IC chip to bonding position” in step 101. In order to simultaneously prepare for the recognition of the IC pattern mark 69 of the IC chip 11 and the recognition of the substrate mark 25a of the substrate 25, the stage 27 is moved by the stage moving robot 29, and the substrate 25 is moved directly below the simultaneous recognition optical system 16. At the same time, the head moving robot 1 is also driven to move the IC chip 11 and the substrate 25 simultaneously to a predetermined imaging position.
[0077]
Then, in “substrate mark recognition” in step 107, the visible light irradiated from the visible light irradiation means 98 of the simultaneous recognition optical system 16 is reflected by the other surface (the lower surface in the drawing) of the mirror 61a of the mirror box 95, The substrate 25 is irradiated. The substrate image 25a of the substrate 25 irradiated with visible light is imaged by the second imaging means 97 and recognized to obtain second position information. This step 107 needs to be synchronized with step 102, and is performed almost simultaneously with the imaging and recognition operation of step 102.
[0078]
In “correction amount calculation” in step 108, a relative displacement amount is obtained from the second position information obtained as a result of the imaging and recognition operation in step 107 and the first position information described above, and the mounting position is based on the result. The position correction amount of the substrate in the X direction, the Y direction, and the rotation angle θ is calculated. This calculation is performed by a control unit (not shown). The “correction amount calculation” in Step 103 and Step 108 is performed by a control unit (not shown), and the calculation function of these control units constitutes a calculation means.
[0079]
In “position correction” in step 109, the stage 27 and the bonding head 5 are relatively moved by the correction amount calculated in steps 103 and 108, and the shaft 7 is rotated by the corrected rotation angle θ.
[0080]
Next, in step 110 “camera evacuation”, the simultaneous recognition optical system 16 is evacuated to an area where the bonding head 5 does not contact by the optical system mobile robot 37.
[0081]
Finally, in “IC chip bonding” in step 111, the suction nozzle 9 a is pressed by the bonding head 5 to place the IC chip 11 at a predetermined position on the substrate 25, and all processes are completed. In addition, the structural member for performing step 109 and step 111 comprises the alignment means.
[0082]
As described above, in the present embodiment, by providing the simultaneous recognition optical system 16, the infrared irradiation unit 91 of the simultaneous recognition optical system 16 uses the IC chip 11 to recognize the position of the IC chip 11 at the bonding position before position correction. Infrared light is projected from the opposite side of the element forming surface and transmitted through the IC chip 11, and the IC pattern mark 69 on the element forming surface is imaged and recognized. At the same time, the surface of the substrate 25 is imaged by the second imaging means 97 and recognized. As a result, the IC chip 11 can be placed at a predetermined position on the substrate 25 with high accuracy by the face-up method.
[0083]
In each of the embodiments of the present invention, infrared rays are projected from the infrared transmission recognition optical system 15 side or the simultaneous recognition optical system 16 side. However, the suction surface side of the suction nozzle 9a is formed of a material that can transmit infrared rays. Even if infrared rays are projected from the suction surface side, the same effect can be obtained. Furthermore, the present invention is not limited to infrared rays, and for example, it may be configured to obtain position information of an IC chip by irradiating X-rays.
[0084]
In addition, the IC chip suction, the various drive means, the board suction means, and the drive means for driving the image pickup means described in each embodiment are limited to those described in this embodiment. There is no. You may select the optimal structural member suitably according to the shape and function of a mounting apparatus. For example, in the present embodiment, the head moving robot 1 is exemplified to move only in the Y direction and the stage moving robot 29 can move only in the X direction. However, these may be movable in both the XY directions.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor mounting apparatus of the present invention is an infrared transmission recognition optical system capable of imaging and recognizing an IC pattern mark provided on an element formation surface from a surface opposite to the element formation surface of the IC chip, or Equipped with a simultaneous recognition optical system capable of simultaneously imaging and recognizing an IC pattern mark provided on the element forming surface from the surface opposite to the element forming surface of the IC chip and capturing and recognizing the substrate mark on the substrate surface It is a configuration. As a result, the IC chip can be arranged at a predetermined position on the substrate with high accuracy by the face-up method, and an electronic circuit mounted with higher density can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of a semiconductor mounting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of an infrared transmission recognition optical system of the semiconductor mounting apparatus according to the embodiment;
FIG. 3 is a view showing an example of a recognition mark shape for position recognition of a substrate and an IC chip used in the embodiment.
FIG. 4 is a view for explaining the operation of the mounting process by the semiconductor mounting apparatus of the embodiment;
FIG. 5 is a perspective view showing a main configuration of a semiconductor mounting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the operation of the mounting process by the semiconductor mounting apparatus of the embodiment;
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a main part of a conventional face-up type semiconductor mounting apparatus.
FIG. 8 is a view showing a flow of operation in a mounting process in the semiconductor mounting apparatus;
[Explanation of symbols]
1 Head moving robot
3, 7, 19, 21, 31, 35 axes
5 Bonding head
9,9a Suction nozzle
11 IC chip (semiconductor integrated circuit element)
13,99 Substrate recognition optical system
15 Infrared transmission recognition optical system
16 Simultaneous recognition optics
17 Chip tray XY robot
23 Chip tray
25 substrates
25a Board mark
27 stages
29 Stage mobile robot
33 IC chip recognition optical system
37 Optical Mobile Robot
39 arm
51 Infrared illumination lamp
53 Condensing lens
55 Optical fiber
57 half mirror
59, 63 lenses
61 Reflection mirror
61a mirror
65 Imaging device
69 IC pattern mark
91 Infrared irradiation means
93 First imaging means
95 mirror box
97 Second imaging means
98 Visible light irradiation means

Claims

An adsorption nozzle that adsorbs an element formation surface of a semiconductor integrated circuit element on a surface of a material that reflects infrared rays or a surface that is processed to reflect infrared rays ;
Infrared rays are irradiated from the infrared irradiation means and the infrared irradiation means, and the first recognition mark on the element formation surface of the semiconductor integrated circuit element is imaged by infrared rays reflected by the surface of the suction nozzle. A first imaging means comprising a first imaging device arranged on the surface side;
Second imaging means for imaging a second recognition mark of a mounting region portion of a substrate on which the semiconductor integrated circuit element is mounted;
The first position information obtained by image processing the first recognition mark imaged by the first imaging means and the second recognition mark of the substrate imaged by the second imaging means are image-processed. Calculating means for comparing the second position information obtained in this way and calculating a relative shift amount between the semiconductor integrated circuit element and the wiring pattern position of the substrate;
Based on the output from the calculation means, at least one of the suction means and the substrate is moved to correct and align the relative displacement amount between the semiconductor integrated circuit element and the wiring pattern position of the substrate, and the substrate A semiconductor mounting apparatus comprising alignment means for arranging the semiconductor integrated circuit element thereon.

The infrared irradiation means includes an infrared irradiation lamp, a condensing lens that condenses the infrared light irradiated from the infrared irradiation lamp, an optical fiber that guides infrared light collected by the condensing lens, and the infrared 2. The semiconductor mounting apparatus according to claim 1, comprising a half mirror that reflects light and a reflection mirror that reflects infrared light reflected by the half mirror.

3. The semiconductor mounting apparatus according to claim 1, wherein the first imaging unit and the second imaging unit are integrally formed.

The first imaging means and the second imaging means respectively capture and recognize the first recognition mark and the second recognition mark, and recognize the wiring pattern of the semiconductor integrated circuit element and the substrate. The first integrated imaging unit and the second imaging unit are retracted and the semiconductor integrated circuit element is disposed on the substrate after correcting and aligning the relative deviation amount with respect to the position. The semiconductor mounting apparatus according to claim 3.

Adsorbing the element forming surface of the semiconductor integrated circuit element by an adsorption means having a surface of a material that reflects infrared rays or a surface that is processed to reflect infrared rays ; and
Infrared light is irradiated from an infrared irradiation means that irradiates infrared light arranged on the first imaging means side, and the first imaging means forms the first of the element formation surface of the semiconductor integrated circuit element by the infrared light reflected by the suction surface. Imaging the recognition mark of
Imaging a second recognition mark of a mounting region portion of a substrate on which the semiconductor integrated circuit element is mounted by a second imaging means;
Obtaining first position information by subjecting the first recognition mark imaged by the first imaging means to image processing;
Image processing the second recognition mark on the substrate imaged by the second imaging means to obtain second position information;
Comparing the first position information with the second position information, and calculating a relative deviation amount between the semiconductor integrated circuit element and the wiring pattern position of the substrate by a calculation means;
Based on the output from the calculation means, at least one of the suction means and the substrate is moved to correct and align the relative displacement amount between the semiconductor integrated circuit element and the wiring pattern position of the substrate, and the substrate And a step of disposing the semiconductor integrated circuit element thereon.

Infrared irradiation lamp, condensing lens for condensing infrared light emitted from the infrared irradiation lamp, an optical fiber for guiding infrared light condensed by the condensing lens, and a half mirror for reflecting the infrared light 6. The semiconductor mounting method according to claim 5, wherein infrared rays are irradiated by the infrared irradiation means comprising: a reflection mirror that reflects infrared light reflected by the half mirror.

The first imaging unit and the second imaging unit capture images of the first recognition mark and the second recognition mark, respectively, and then before the semiconductor integrated circuit element is disposed on the substrate. The semiconductor mounting method according to claim 5, further comprising a step of retracting from the substrate.